研究与设计#EM“迫札与柱弗.』应田2008,35(8无刷直流电机参数计算及分析木张蔚,薛明(南通大学电气工程学院,江苏南通226019摘要:利用ANSYS有限元分析软件对永磁无刷直流电机的电磁场进行分析计算。建立样机模型,通过能量摄动法计算定子绕组的自感和互感,并在此基础上对永磁无刷直流电机的反电势进行分析计算,将计算结果与样机试验结果相比较,证实了该计算方法的正确性。关键词:永磁无刷直流电机;电感;能量摄动法:TM301.3:TM33文献标识码:A:1673-6540(200808-0032-03ParameterCalculationandAnalysisofBrushlessDCMotorZHANCWei.XUEMing(ElectricalEngineeringInstitute,NantongUniversity,Nantong226019,ChinaAbstract:OnthebasisofANSYS,theelectromagneticfieldofapermanentmagnetbrushlessDCmotoriscMcu・latedandanalyzed.First,amodeliscreated.Then,theself-inductanceandmutualinductanceofpermanentmagnetbrushlessDC(PMBLDCmotorisstudiedwithenergyperturbationmethod.Basedonthis,backEMFoftheperma-nentmagnetbrushlessmotoriscalculatedandanalyzed.Thecalculationresultsaleconfirmedbythatoftheexperi・merits.Keywords:permanentmagnetbrushlessDCmotor;inductance;energyperturbationO引言稀土永磁无刷直流电机采用高磁能积的稀土永磁材料和电子换向技术,具有无电刷、结构简单、运行可靠、体积小、重量轻、损耗小、效率高、运行特性优良等特点,广泛应用于航空航天、精密仪器、工业控制等许多对电机运行性能要求较高的场合…。因此,对稀土永磁无刷直流电机的研究具有重要意义。本文给出了基于电磁场能量摄动法的电感参数计算方法,并从磁场的角度,分析了永磁无刷直流电机的感应电动势波形,为进一步计算永磁无刷直流电机的力矩、转矩等参数提供了基础。1电感计算定子绕组电感对永磁无刷直流电机的动态性能有较大影响。绕组电感计算方法有磁链法、能量摄动法、感应电势法等。其中能量摄动法通过・南通大学自然科学基金资助项目(062047一32一计算电机的能量扰动,可以精确地计算出绕组电感[2-3]。1.1能量摄动法对于一台多相绕组电机,每相绕组中的能量可表示为形2荟激jk(㈩(k‘d以(1^=louJ式中:形——绕组中的储能;k_f,k两个绕组间的互感;￡i1绕组中的电流。整个电机中的磁场储能为形=骞形=砉【砉e:(‰‘dik】(2当电流有一个微小变化Ai.,(j=1,2,…,n时,整个电机磁场储能可表示为:n;n【飘r(铡帆】__砉【烈::c训妣】+迫札与才空毋J应I习2∞8,35(8研究与设计2EMC^喜[荟a“flt㈨(t‘地(k‘眠】=W+AW(3式中:W’——电流变化后整个电机储能;△形一电机磁场储能变化量。由式(3可得到电流的微小变化引起的磁场储能变化为:△形=j窆=ik1(4由于电流变化微小,可认为电感k为常数,与氲无关,则AW可表示为:AW=主【主‰r‘舰di。】=∑i=1’‘乞』』d‘+主[∑颤r“。】=,i=1=n7札ijdilkI∑(‘0+△△乎/2岛+∑[∑(‘+Ai/2Ai。‰】J一1R21(≠女,,因此,‘可得出电感4击3为r焉k赢对式(6进行离散化可得到:・(5(6岛=[W(‘‘一△一2W+W(‘+‘]/(△越2k2[形(‘+¨+△蚓一(7W(ij一△ii,‘+AiI一W(ij+aij,i^一AiI+W(i,一△ij,iI—AiI]/(4AiiAi☆式中:W(if一△if,W(i一△ii——电流分别为(i1,i2,…,if一△if,…,i。和(i1,i2,…,i『+越f,…,i。时磁场对应的能量;形(if+if,i^+iI,W(if△△一△if,iI+△瓦,W(ij+ii,i^△一Ai^和W(ij一△if,iI—Ai^——电流分别为(i1,i2,…,ij+i”,△∥以+△屯,…,i。,(iI,i2,…,if一△if,…,i^+i△∥一,i。,(il,i2,…,if+if,…,△以一△iI,…,i。和(i1,i2,…,if一△if,…,i^一Ai。,…,i。时磁场对应的能量。电机的磁场储能形可由能量密度睨取积分得到,能量密度由三部分组成:Wm=睨+职+睨=1rB—B尹日+上HdB+IB,HdB(8式中:睨,职和睨——分别表示空气,铁心和永磁体中的能量密度。电机的磁场储能形由各部分单元求和得到:W=(∑Ae。耽+∑Ae,职+∑Ae,睇z。(9cacfep式中:缸为三角形单元面积。通过有限元计算,可以得出各单元的磁位和磁通密度,从而得到各单元的能量密度,并求出电机的磁场储能。由式(7可知:在计算一个位置的自感时,需要进行三次磁场的有限元分析,分别求出W(i,,W(ii+ii,△...